JP2008163800A - ロータリ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ローリングピストン両端面にかかる圧力の差を小さくして、ローリングピストンの端面摩耗やカジリ、摩擦力増大による圧縮機の入力の増加を抑制したロータリ圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】密閉容器１ａ内に電動要素３と、この電動要素３により回転軸１８を介して駆動される、二つの圧縮要素とを有し、密閉容器１ａ内が中間圧又は低圧となるロータリ圧縮機において、二つの圧縮要素の間を仕切る中間仕切板１６と、二つの圧縮要素のそれぞれに設けられた回転軸１８を支持する軸受と、密閉容器１ａ内が中間圧の場合は高段側の圧縮要素の軸受の、また密閉容器１ａ内が低圧の場合は二つの圧縮要素の軸受の軸方向端面に形成され、中間仕切板１６の内径とほぼ同等の外径の凹部２０とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、密閉容器内に電動要素と、この電動要素により駆動される圧縮要素とを設けたロータリ圧縮機に関するものである。

近年、冷媒による地球環境破壊が問題視され、ＨＦＣ冷媒（ＨＦＣ１３４ａ、ＨＦＣ１２５、ＨＦＣ３２、ＨＦＣ１４３ａ等、及びこれらの混合冷媒）などの代替フロンやＣＯ２、アンモニア、ＨＣ冷媒（ハイドロカーボン：イソブタン、プロパン、エタン等）などの自然冷媒が使用され始めている。

代替フロンや自然冷媒を用いたヒートポンプ式給湯機などの冷媒回路装置に適用する圧縮機、とりわけＣＯ２冷媒用圧縮機では、作動圧力が高くなることから内部中間圧２段圧縮機が適用されているものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−８９４７２号公報

しかしながら、前記特許文献１のような内部中間圧２段圧縮機、またはツインロータリ圧縮機（密閉容器内低圧式）では、ローリングピストンの軸方向両端面にかかる圧力が異なり、その圧力差によりローリングピストンが中間仕切板に押し付けられる。特に動作圧力の大きいＣＯ２冷媒では、ローリングピストンが中間仕切板に押し付けられる力が大きく、ローリングピストンの端面摩耗（中間仕切板側）やカジリが発生するという課題があった。また、摩擦力増大により圧縮機の入力が増加するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ローリングピストン両端面にかかる圧力の差を小さくして、ローリングピストンの端面摩耗やカジリ、摩擦力増大による圧縮機の入力の増加を抑制したロータリ圧縮機を提供することを目的とする。

この発明に係るロータリ圧縮機は、密閉容器内に電動要素と、この電動要素により回転軸を介して駆動される、二つの圧縮要素とを有し、密閉容器内が中間圧又は低圧となるロータリ圧縮機において、二つの圧縮要素の間を仕切る中間仕切板と、二つの圧縮要素のそれぞれに設けられた回転軸を支持する軸受と、密閉容器内が中間圧の場合は高段側の圧縮要素の軸受の、また密閉容器内が低圧の場合は二つの圧縮要素の軸受の軸方向端面に形成され、中間仕切板の内径とほぼ同等の外径の凹部とを備えたことを特徴とする。

この発明に係るロータリ圧縮機は、中間仕切板の内径とほぼ同等の外径の凹部を軸受の軸方向端面に形成することにより、ローリングピストン両端面にかかる圧力の差を小さくして、ローリングピストンの端面摩耗やカジリ、摩擦力増大による圧縮機の入力の増加を抑制することができる。

実施の形態１．
図１乃至図６は実施の形態１の説明に用いる図である。図１、図５、図６は実施の形態１を示す図で、図１は内部中間圧２段圧縮機１の縦断面図、図５は圧縮要素２付近の拡大図、図６は高段ローリングピストン６ｂ両端面の摩耗と凹部２０外径／中間仕切板１６内径との関係を示す図である。図２乃至図４は実施の形態１で解決する課題を説明するための図で、図２は内部中間圧２段圧縮機１の要部縦断面図、図３は図２のＡ部拡大図で高段ローリングピストン６ｂの両端面の圧力分布と、高段ローリングピストン６ｂに作用する押し付け力の方向を示す図、図４は高段ローリングピストン６ｂの両端面の圧力差による押し付け力を示す図である。

本実施の形態では、内部中間圧２段圧縮機１を用いて説明を行う。本発明は、内部中間圧２段圧縮機１以外に、密閉容器の内部が低圧の２段圧縮機及び２気筒ロータリ圧縮機にも適用可能である。これらを総称して、この明細書では、ロータリ圧縮機と呼ぶ。

図１により、内部中間圧２段圧縮機１の全体構成を説明する。密閉容器１ａ内に、電動要素３と、この電動要素３で回転軸１８を介して駆動される圧縮要素２を設ける。電動要素３が密閉容器１ａ内の上部に、圧縮要素２が密閉容器１ａ内の下部に位置する。

圧縮要素２は、低段圧縮要素２ａと、高段圧縮要素２ｂとで構成され、低段圧縮要素２ａと高段圧縮要素２ｂとの間は、中間仕切板１６で仕切られている。

低段圧縮要素２ａは、低段シリンダ４、低段圧縮要素側軸受９（軸受の一例）、低段圧縮要素側軸受９の外周側に形成される低段マフラ６、低段シリンダ４の圧縮室に連通する低段吸入管１０などを備える。

低段圧縮要素２ａでは、図示しない冷凍サイクルの低圧側に接続される低段吸入管１０から低圧の冷媒ガスを低段シリンダ４に吸入し、回転式の圧縮機構部（公知のものであるから詳しい説明はしない）で圧縮し、低段マフラ６に吐出する。低段マフラ６から、冷媒ガスは密閉容器１ａ内に出る。

中間圧の密閉容器１ａからは低段吐出管１１から一旦密閉容器１ａ外に出て、図示しない中間圧接続管を通って高段吸入管１２に入る。高段圧縮要素２ｂでは、低段圧縮要素２ａと同じ回転式の圧縮機構により中間圧の冷媒ガスを高圧に圧縮し、高段圧縮要素側軸受８（軸受の一例）に設けられた高段マフラ７に吐出し、高段吐出管１３から図示しない冷凍サイクルの高圧側に出る。

高段圧縮要素側軸受８は、高段シリンダ５の軸方向端面に当接する端面の内径側に凹部２０を有する。凹部２０の詳細については後述するが、本実施の形態は、この凹部２０に特徴がある。

凹部２０を説明する前に、内部中間圧２段圧縮機１において、高段圧縮要素２ｂの高段ローリングピストン１５ｂ（図２等）に作用する冷媒ガスの圧力による力について説明する。

図２は内部中間圧２段圧縮機１の圧縮要素２付近の拡大図である。低段圧縮要素２ａの低段ローリングピストン１５ａ及び高段圧縮要素２ｂの高段ローリングピストン１５ｂのそれぞれの一方の軸方向端面は、中間仕切板１６に面接触する。中間仕切板１６の内径は、回転軸１８の偏心部の直径よりも大きく、且つ中間仕切板１６の中心は回転軸１８の中心と一致しているが、回転軸１８の偏心部は回転軸１８に対して偏心している。そのため回転軸１８の偏心部に嵌合している各ローリングピストンは、中間仕切板１６の内径よりも内側になる部分がある。もしも、ローリングピストンが中間仕切板１６に押し付けられると、中間仕切板１６の内径の角にローリングピストンが当たるため摩耗やカジリの問題が発生する。

図３により、高段ローリングピストン１５ｂに作用する押し付け力の発生メカニズムを説明する。中間仕切板１６の内径と回転軸１８の外径との間及び高段ローリングピストン１５ｂ内径と回転軸１８の偏心していない部分との間の給油経路２２の圧力は、密閉容器１ａ内の圧力と等しい。内部中間圧２段圧縮機１では、密閉容器１ａ内の圧力が中間圧であるから、給油経路２２の圧力も中間圧である。高段シリンダ５の内圧は、中間圧から吐出圧力まで変化する。高段シリンダ５の内圧が吐出圧力のときの、高段ローリングピストン１５ｂの高段圧縮要素側軸受８側端面に作用する圧力は、高段ローリングピストン１５ｂの内径から外径に向かって圧力が徐々に上昇する。内径側が中間圧で、外径側が吐出圧力になる（図３（ａ））。

一方、高段シリンダ５の内圧が吐出圧力のときの、高段ローリングピストン１５ｂの中間仕切板１６側端面に作用する圧力は、高段ローリングピストン１５ｂの内径から中間仕切板１６の内径までの間は、中間圧でその後高段ローリングピストン１５ｂの外径まで徐々に吐出圧力まで上昇する（図３（ｂ））。

従って、高段ローリングピストン１５ｂの高段圧縮要素側軸受８側端面に作用する圧力が、高段ローリングピストン１５ｂの中間仕切板１６側端面に作用する圧力よりも大きくなり、高段ローリングピストン１５ｂには、図４に示すような中間仕切板１６に押し付けられる押し付け力が作用する。

この高段ローリングピストン１５ｂを中間仕切板１６に押し付ける押し付け力が加わると、中間仕切板１６の内径の角に高段ローリングピストン１５ｂが接触して摩耗やカジリの不具合が発生する。

そこで、本実施の形態では、図５に示すように、高段圧縮要素側軸受８の軸方向端面の内径側に、外径が中間仕切板１６の内径とほぼ同等の凹部２０を設ける。図５に示す凹部２０は、環状の切欠きであり、高段圧縮要素側軸受８の内径まで達する。凹部２０は、給油経路２２の一部になりその圧力は、密閉容器１ａの圧力と等しい中間圧になる。これにより、高段ローリングピストン１５ｂの両端面に作用する圧力は、ほぼ等しくなり高段ローリングピストン１５ｂの端面の摩耗やカジリは発生しない。

高段圧縮要素側軸受８の凹部２０外径と、中間仕切板１６の内径とをほぼ同等とすると述べたが、具体的な範囲について説明する。高段圧縮要素側軸受８の軸方向端面に凹部２０を設け、この凹部２０の外径が中間仕切板１６の内径より大きくなると、高段ローリングピストン１５ｂには、高段圧縮要素側軸受８に押し付ける押し付け力が作用し、凹部２０の外径の角と高段ローリングピストン１５ｂとの接触による摩耗やカジリの不具合が発生するので、凹部２０の外径には中間仕切板１６の内径を中心とする好ましい範囲が存在する。

図６は高段ローリングピストン６ｂ両端面の摩耗と凹部２０外径／中間仕切板１６内径との関係を示す図である。高段ローリングピストン６ｂの中間仕切板１６側端面の摩耗は、凹部２０外径／中間仕切板１６内径が大きくなると軽減する。反対に、高段ローリングピストン６ｂの高段圧縮要素側軸受８側端面の摩耗は、凹部２０外径／中間仕切板１６内径が小さくなると軽減する。従って、両方の摩耗が少ない範囲は、
９２％≦凹部２０外径／中間仕切板１６内径≦１０８％
となる。

以上のように、高段圧縮要素側軸受８の軸方向端面の内径側に、外径が中間仕切板１６の内径とほぼ同等の凹部２０（切欠き）を設けることにより、内部中間圧２段圧縮機１の高段ローリングピストン６ｂの軸方向両端面にかかる圧力をほぼ同等にでき、高段ローリングピストン６ｂの軸方向端面の摩耗やカジリを抑制できる。

実施の形態２．
図７は実施の形態２を示す図で、内部中間圧２段圧縮機１の圧縮要素２付近の断面図である。

実施の形態１では、高段圧縮要素側軸受８の軸方向端面の内径側に、外径が中間仕切板１６の内径とほぼ同等の凹部２０（切欠き）を設けたが、図７に示すように、外径が中間仕切板１６の内径とほぼ同等の環状溝２１を高段圧縮要素側軸受８の軸方向端面の内径付近に設けてもよい。環状溝２１の軸方向の長さ（深さ）及び高段圧縮要素側軸受８内径と環状溝２１内径との間の肉厚を所定の寸法とすることで、その肉厚部が、圧縮負荷などにより生じる回転軸１８の撓み変形に対応して弾性変形し、回転軸１８の高段圧縮要素側軸受８への片当たりを防止することができる。環状溝２１は、給油経路２２に連通する位置に設けることが必須である。環状溝２１にすることにより、実施の形態１の凹部２０（切欠き）より軸受部を長くできる。

このように構成することにより、実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、軸耐力も向上する。従って、軸受けメタルも不要となる。

以上の説明は、密閉容器１ａ内が中間圧となる内部中間圧２段圧縮機１について行ったが、密閉容器１ａ内が低圧の２段圧縮機では、低段ローリングピストン６ａ、高段ローリングピストン６ｂで同様の現象が発生し、この場合は、高段圧縮要素側軸受８、低段圧縮要素側軸受９の両方に、凹部２０又は環状溝２１を設ける。

また、密閉容器１ａ内が低圧の２気筒ロータリ圧縮機でも、低段ローリングピストン６ａ、高段ローリングピストン６ｂで同様の現象が発生し、この場合も、高段圧縮要素側軸受８、低段圧縮要素側軸受９の両方に、凹部２０又は環状溝２１を設ける。

密閉容器１ａ内が中間圧の内部中間圧２段圧縮機１の低段側、及び密閉容器１ａ内が高圧の２気筒ロータリ圧縮機の二つの圧縮要素では、ローリングピストンに軸受側に押し付ける力が作用するが、軸受側への押し付けの場合は、ローリングピストンと軸受シート面との当たりになるので、ローリングピストン端面は軸受シート面に全面接触となるので、本発明からは除外する。

冷媒にＣＯ２冷媒を使用する場合は、作動圧力が高くなるので、本発明は特に有効である。

実施の形態１を示す図で、内部中間圧２段圧縮機１の縦断面図。 実施の形態１で解決する課題を説明するための図で、内部中間圧２段圧縮機１の要部縦断面図。 実施の形態１で解決する課題を説明するための図で、図２のＡ部拡大図で高段ローリングピストン６ｂの両端面の圧力分布と、高段ローリングピストン６ｂに作用する押し付け力の方向を示す図。 実施の形態１で解決する課題を説明するための図で、高段ローリングピストン６ｂの両端面の圧力差による押し付け力を示す図。 実施の形態１を示す図で、圧縮要素２付近の拡大図。 実施の形態１を示す図で、高段ローリングピストン６ｂ両端面の摩耗と凹部２０外径／中間仕切板１６内径との関係を示す図。 実施の形態２を示す図で、内部中間圧２段圧縮機１の圧縮要素２付近の断面図。

符号の説明

１ 内部中間圧２段圧縮機、１ａ 密閉容器、２ 圧縮要素、２ａ 低段圧縮要素、２ｂ 高段圧縮要素、３ 電動要素、４ 低段シリンダ、５ 高段シリンダ、６ 低段マフラ、７ 高段マフラ、８ 高段圧縮要素側軸受、９ 低段圧縮要素側軸受、１０ 低段吸入管、１１ 低段吐出管、１２ 高段吸入管、１３ 高段吐出管、１５ａ 低段ローリングピストン、１５ｂ 高段ローリングピストン、１６ 中間仕切板、１８ 回転軸、２０ 凹部、２１ 環状溝、２２ 給油経路。

Claims (5)

1. 密閉容器内に電動要素と、この電動要素により回転軸を介して駆動される、二つの圧縮要素とを有し、前記密閉容器内が中間圧又は低圧となるロータリ圧縮機において、
   前記二つの圧縮要素の間を仕切る中間仕切板と、
   前記二つの圧縮要素のそれぞれに設けられた前記回転軸を支持する軸受と、
   前記密閉容器内が中間圧の場合は高段側の圧縮要素の軸受の、また前記密閉容器内が低圧の場合は前記二つの圧縮要素の軸受の軸方向端面に形成され、前記中間仕切板の内径とほぼ同等の外径の凹部とを備えたことを特徴とするロータリ圧縮機。
2. 前記凹部の外径は、前記中間仕切板の内径の９２％〜１０８％とすることを特徴とする請求項１記載のロータリ圧縮機。
3. 前記環状の凹部は、前記軸受の内径まで達することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のロータリ圧縮機。
4. 前記環状の凹部は、環状溝で構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のロータリ圧縮機。
5. 冷媒として、ＣＯ２冷媒を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のロータリ圧縮機。

Images